文档介绍：实验:静电场的描绘实验三:静电场的描绘【实验目的】(1)了解用模拟法测量静电场的原理和条件。(2)掌握用模拟法测量静电场等位线分布的方法。【实验仪器】直流稳压电源,电压表,记录器。滑线变阻器,导电纸,电极,开关,导线,直尺,圆规。【实验原理】1、静电场的测量及其困难静电场可以用电场强度E和电位U的空间分布来描述,由于标量在计算和测量上比矢量要简单得多,所以常用电位U的分布来描写电场。直接测量静电场的分布往往很困难的。首先由于静电场不能提供电流,无法用普通的伏特计进行测量;其次,仪表本身总是导体或电介质,将它放入静电场中总会引起静电场的严重畸变,因此我们采用模拟法来测量静电场的分布。2、用模拟法测量静电场的条件如果两种场遵守的物理规律形式上相似,就可以用便于测量的场代替不易测量的场。用电流场模拟静电场是研究静电场的—种最简单的方法。在如图1所示的均匀介质中,静电场的电位分布满足拉普拉斯方程:QQ--QQQ,,AA-Q导体导体,,BB导体导体AA电极电极BB电极电极A导体B导体II图1静电场图2稳恒电流场222,,,UUU,,,0(1)222,,,XYZ电场强度满足高斯定理:,DdSEdSQ,,,,,,,,,AA(2),DdSEdSQ,,,,,,,,,,BB,在如图2的均匀导电介质中稳恒电流场的电位分布也满足拉普拉斯方程:222,,,UUU(3),,,0222,,,XYZ电流密度也满足高斯定理:j,jdSEdSI,,,,,,,,,AA(4),jdSEdSI,,,,,,,,,,BB,通过比较两场,它们满足相同的数学规律,可以用稳恒电流场来模拟静电场,也就是说静电场的电力线和电位线与稳恒电流场的电流线和等位线具有相似的分布,所以测定出稳恒电流场的电位分布也就求得了与它相似的静电场的电位分布。为了在实验中实现模拟,必须满足以下实验条件:(1)静电场中的带电体与电流场中的电极形状必须相同或相似,位置—致。(2)电流场中的电极的电导率远大于导电介质的电导率,以保证电极表面是等位面,电流线与电极表面垂直。(3)导电介质应当均匀分布。3、两个带等量异号电荷无限长均匀带电圆柱的电场分布。如图3所示,电源电压为U,小圆半径为a,电位为U,大圆半径为b,电位为U,在电Oab场中距轴心为r处的电位为U,则:rabrUr图3带电同心圆柱体rUUEdr,,(5)ra,a根据高斯定理,无限长圆柱的场强为:(当a<r<b时)(6)EKr,/(6)式中K由圆柱的线电荷密度决定,将(6)式代入(5)式,有rKr(7)lnUUdrUK,,,,raa,ara在r=b处有:blnUUK,,baa所以UU,ba(8)K,blna如果取U=U,U=0,由(7)式和(8)式可得:aobbbln/lnUU,r0ra或写成:Ubr(9)lnlnlnrb,,Ua0【实验内容及步骤】1、描绘圆柱形电容器中等位线和电力线。(1)将坐标纸放在仪器上层的铁夹内,利用连动器在电极的圆周上找间隔约1200的三个点,在坐标纸上过三个点画任意两条垂直平分线,找圆心,用圆规画处电极的圆,用橡皮擦去找圆心的辅助线。(2)接图4连接电路,取电源电压6V,Ua取